1、小专题6 带电粒子在复合场中运动的科技应用,突破 1,速度选择器(如图Z6-1 所示),图 Z6-1(1) 平行板中电场强度 E 和磁感应强度 B 互相垂直.(如图Z6-1),(2)带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是,(3)速度选择器只能选择粒子的速度，不能选择粒子的电,性、电荷量、质量.,(4)速度选择器具有单向性.,【典题 1】(2017 年福建厦门质检)速度选择器的原理图如图 Z6-2 所示，已知电场强度为 E、磁感应强度为 B 且相互垂直分布，某一带电粒子(重力不计)沿图中虚线水平通过.则该带电,粒子(,),A.一定带正电,C.沿 QP 方向运动,图 Z6-2,答案：B,【考
2、点突破 1】如图 Z6-3 所示，在平行线 MN、PQ 之间存在竖直向上的匀强电场和垂直于纸面的磁场(未画出)，磁场的磁感应强度从左到右逐渐增大.一带电微粒进入该区域时，由于受到空气阻力作用，恰好能沿水平直线 OO通过该区域.带电微粒所受的重力忽略不计，运动过程带电量不变.下列判断正确,的是(,),图 Z6-3,A.微粒从左向右运动，磁场方向向里B.微粒从左向右运动，磁场方向向外C.微粒从右向左运动，磁场方向向里D.微粒从右向左运动，磁场方向向外,解析：由微粒恰好能沿水平直线 OO通过该区域说明洛伦兹力 qvB 与电场力 qE 平衡，微粒受到空气阻力作用，速度,逐渐减小，沿运动方向磁场的磁感应
3、强度必须逐渐增大，因此微粒从左向右运动，磁场方向向外，B 正确.,答案：B,突破 2,霍尔元件,(1)定义：高为 h、宽为 d 的导体(自由电荷是电子或正电荷)置于匀强磁场 B 中，当电流通过导体时，在导体的上表面 A 和下表面 A之间产生电势差，这种现象称为霍尔效应，此电压称为霍尔电压.图 Z6-4,(2)电势高低的判断：如图 Z6-4，导体中的电流 I 向右时，根据左手定则可得，若自由电荷是电子，则下表面 A的电势低.若自由电荷是正电荷，则下表面 A的电势低.(3)霍尔电压的计算：导体中的自由电荷(电子)在洛伦兹力作用下偏转，A、A间出现电势差，当自由电荷所受电场力和洛伦兹力平衡时，A、A
4、间的电势差(U)就保持稳定，由 qvB,系数.,【典题 2】(2017 年江西南昌三校大联考)如图Z6-5 所示，厚度为 h，宽度为 d 的金属导体，当磁场方向与电流方向垂直时，在导体上、下表面会产生电势差，这种现象称为霍尔效应.下列,说法正确的是(,),A.上表面的电势高于下表面电势,图 Z6-5,B.仅增大 h 时，上、下表面的电势差增大C.仅增大 d 时，上、下表面的电势差减小D.仅增大电流 I 时，上、下表面的电势差减小答案：C,【考点突破 2】如图 Z6-6 所示，一段长方体形导电材料，左、右两端面的边长都为 a 和 b，内有带电荷量为 q 的某种自由运动电荷.导电材料置于方向垂直于
5、其前表面向里的匀强磁场中，内部磁感应强度大小为 B.当通以从左到右的稳恒电流 I时，测得导电材料上、下表面之间的电压为 U，且上表面的电势比下表面的低.由此可得该导电材料单位体积内自由运动电荷数及自由运动电,荷的正负分别为(,),图 Z6-6,，C 正确，A、B、D 错误.,解析：建立霍尔效应模型，根据左手定则，不管正电荷还是负电荷均应该向上偏，由于上表面的电势比下表面的电势低，说明电荷电性为负.当导电材料上、下表面之间的电压为 U 时，表达式 Inqvab，解得导电材料单位体积内自由运动的电荷数,答案：C,突破 3,磁流体发电机,图 Z6-7(1)原理：如图 Z6-7 所示，等离子气体喷入磁
6、场，正、负离子在洛伦兹力的作用下发生偏转而聚集在 A、B 板上，产生电势差，它可以把离子的动能通过磁场转化为电能.(2)电源正、负极判断：根据左手定则可判断出图中的 B 是发电机的正极.,(3)电源电动势 U：设 A、B 平行金属板的面积为 S，两极板间的距离为 l，磁场磁感应强度为 B，等离子气体的电阻率为，喷入气体的速度为 v，板外电阻为 R.当正、负离子所受电场力和洛伦兹力平衡时，两极板间达到的最大电势差为 U(即电源电,【典题 3】(多选)磁流体发电是一项新兴技术，图 Z6-8 是它的示意图，平行金属板 A、C 间有一很强的磁场，将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量正、负带电离
7、子)喷入磁场，两极板间便产生电压，现将 A、C 两极板与电阻 R 相连，两极板间距离为 d，正对面积为 S，等离子体的电阻率为，磁感应强度为 B，等离子体以速度 v 沿垂直磁场方向射入 A、C,),两板之间，则稳定时下列说法中正确的是(图 Z6-8,A.极板 A 是电源的正极B.电源的电动势为 Bdv,解析：等离子体喷入磁场，带正电的离子因受到向下的洛伦兹力而向下偏转，带负电的离子向上偏转，即极板 C 是电源,答案：BC,【考点突破 3】(多选)磁流体发电机的原理示意图如图Z6-9所示，金属板 M、N 正对着平行放置，且板面垂直于纸面，在两板之间接有电阻 R.在极板间有垂直于纸面向里的匀强磁场
8、.当等离子束(分别带有等量正、负电荷的离子束)从左向右进入,极板时，下列说法正确的是(,),A.N 板的电势高于 M 板的电势B.M 板的电势高于 N 板的电势,图 Z6-9,C.R 中有由 b 向 a 方向的电流D.R 中有由 a 向 b 方向的电流,解析：根据左手定则可知正电荷向上极板偏转，负电荷向下极板偏转，则 M 板的电势高于 N 板的电势，A 错误，B 正确；M 板相当于电源的正极，那么 R 中有由 a 向 b 方向的电流，C错误，D 正确.,答案：BD,突破 4,电磁流量计,(1)流量(Q)的定义：单位时间流过导管某一截面的导电液体的体积.(2)公式：QSv；S 为导管的横截面积，
9、v 是导电液体的流速.(3)导电液体的流速(v)的计算如图 Z6-10 所示，一圆形导管直径为 d，用非磁性材料制成，其中有可以导电的液体向右流动.导电液体中的自由电荷(正、负离子)在洛伦兹力作用下发生偏转，使 a、b 间出现电势,差，当自由电荷所受电场力和洛伦兹力平衡时，a、b 间的电势,图 Z6-10,(5)电势高低的判断：根据左手定则可得ab.,【典题 4】为监测某化工厂的污水排放量，技术人员在该厂的排污管末端安装了如图 Z6-11 所示的流量计.该装置由绝缘材料制成，长、宽、高分别为 a、b、c，左右两端开口.在垂直于上下底面方向加磁感应强度大小为 B 的匀强磁场，在前、后两个内侧面分
10、别固定有金属板作为电极.污水充满管口从左向右流经该装置时，电压表将显示两个电极间的电压U.若用 Q 表示污水流量(单位时间内排出的污水体,积)，下列说法正确的是(,),图 Z6-11,A.若污水中正离子较多，则前表面比后表面电势高B.若污水中负离子较多，则前表面比后表面电势高C.污水中离子浓度越高，电压表的示数将越大D.污水流量 Q 与 U 成正比，与 a、b 无关,答案：D,【考点突破 4】(多选，2017 年江西上饶二模)为了测量某化工厂的污水排放量，技术人员在该厂的排污管末端安装了如图 Z6-12 所示的流量计，该装置由绝缘材料制成，长、宽、高分别为 a1 m、b0.2 m、c0.2 m
11、，左、右两端开口，在垂直于前、后面的方向加磁感应强度为 B1.25 T 的匀强磁场，在上、下两个面的内侧固定有金属板 M、N 作为电极，污水充满装置以某一速度从左向右匀速流经该装置时，测得两个电极间的电压 U1 V.且污水流过该装置时受到阻力作用，阻力 fkLv，其中比例系数 k15 Ns/m2，L 为污水沿流速方向的长度，,v 为污水的流速.下列说法正确的是(,),图 K6-12,A.金属板 M 电势不一定高于金属板 N 的电势，因为污水中,负离子较多,B.污水中离子浓度的高低对电压表的示数也有一定影响C.污水的流量(单位时间内流出的污水体积)Q0.16 m3/sD.为使污水匀速通过该装置，
12、左、右两侧管口应施加的压,强差为p1500 Pa,答案：CD,突破 5,质谱仪,(1)构造：如图 Z6-13 所示，由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等构成.图 Z6-13,【典题 5】(多选)质谱仪的原理如图 Z6-14 所示.从粒子源 S出来时的粒子速度很小，可以看做初速度为零，粒子经过电场加速后进入有界的垂直于纸面向里的匀强磁场区域，并沿着半圆周运动而达到照相底片上的 P 点，测得 P 点到入口的距离为,x，则以下说法正确的是(,),A.仅加速电压增大，其他量不变，则 x 增大,B.仅匀强磁场增强，其他量不变，则 x 增大,图 Z6-14,C.仅粒子的质量增大，其他量不变，则 x 增
13、大D.仅粒子的电荷量增加，其他量不变，则 x 增大,见增大 m、U 或减小 B、q，可使 x 增大，A、C 正确.答案：AC,【考点突破 5】(多选)如图 Z6-15 所示为一种质谱仪的示意图，由加速电场、静电分析器和磁分析器组成.若静电分析器通道中心线的半径为 R，通道内均匀辐射电场，在中心线处的电场强度大小为 E，磁分析器有范围足够大的有界匀强磁场，磁感应强度大小为 B、方向垂直于纸面向外.一质量为 m、电荷量为 q 的粒子从静止开始经加速电场加速后沿中心线通过静电分析器，由 P 点垂直边界进入磁分析器，最终打到胶片上的 Q 点.,不计粒子重力.下列说法正确的是(,),图 Z6-15,A.
14、极板 M 比极板 N 的电势高B.加速电场的电压 UER,D.若一群粒子从静止开始经过题述过程都落在胶片上的同,一点，则该群粒子具有相同的比荷,见只有比荷相同的粒子才能打在胶片上的同一点，C 错误，D 正确.答案：AD,突破 6,回旋加速器,1.构造：如图 Z6-16 所示，D1、D2 是半圆形金属盒，D 形盒处于匀强磁场中，D 形盒的缝隙处接交流电源.图 Z6-162.原理：交流电周期和粒子做圆周运动的周期相等，使粒子每经过一次 D 形盒缝隙，粒子被加速一次.,【典题 6】(2017 年四川绵阳高三月考)如图Z6-17所示，回旋加速器的核心部分是真空室中的两个相距很近的“D”形金属盒.把它们
15、放在匀强磁场中，磁场方向垂直于盒面向下.连接好高频交流电源后，两盒间的窄缝中能形成匀强电场，带电粒子在磁场中做圆周运动，每次通过两盒间的窄缝时都能被加速，直到达到最大圆周半径时通过特殊装置引出，如果用同一回旋加,A.加速氚核的交流电源的周期较大；氚核获得的最大动能较大B.加速氚核的交流电源的周期较小；氚核获,得的最大动能较大,图 Z6-17,C.加速氚核的交流电源的周期较大，氚核获得的最大动能较小D.加速氚核的交流电源的周期较小；氚核获得的最大动能较小,答案：C,【考点突破 6】(多选)劳伦斯和利文斯设计出回旋加速器，工作原理示意图如图 Z6-18 所示.置于真空中的 D 形金属盒半径为 R，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可忽略.磁感应强度为 B 的匀强磁场与盒面垂直，高频交流电频率为 f，加速电压为 U.若 A 处粒子源产生的质子的质量为 m，电荷量为q，在加速器中被加速，且加速过程中不考虑相对论效应和重力的影,响.则下列说法正确的是(,),图 Z6-18,A.质子被加速后的最大速度不可能超过 2Rf,B.质子离开回旋加速器时的最大动能与加速电压 U 成正比C.质子第 2 次和第 1 次经过两 D 形盒间狭缝后轨道半径之,比为 1,D.不改变磁感应强度 B 和交流电频率 f，该回旋加速器的最,大动能不变,答案：AC,